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火箭发动机

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[[File:火箭发动机.jpg|350px|缩略图|右|[http://news.youth.cn/gj/201412/W020141217712316399699.jpg 原图链接][http://news.youth.cn/gj/201412/t20141217_6283281.htm 来自 中国青年网 的图片]]]
''' 火箭发动机 ''' [[ 喷气发动机 ]] 的一种,将 [[ 推进剂 ]] 箱或运载工具内的反应物料(推进剂)变成高速射流,由于 [[ 牛顿第三定律 ]] 而产生 [[ 推力 ]] 。火箭发动机可用于 [[ 航天器 ]] 推进,也可用于 [[ 导弹 ]] 等地面应用。大部分火箭发动机都是 [[ 内燃机 ]] ,也有非燃烧形式的发动机<ref>[https://www.sohu.com/a/300878775_585300 中国火箭发动机排名垫底,原因没有那么简单  ],搜狐,2019-3-13</ref>。 
==工作原理==
大部分发动机靠排出高温高速尾气来获得推力,固体或液体推进剂(由 [[ 氧化剂 ]] [[ 燃料 ]] 组成)在 [[ 燃烧室 ]] 中高压(10-200 bar)燃烧产生 [[ 尾气 ]]
液体火箭<ref>[https://www.sohu.com/a/350304248_100189626 小科普:说说固体火箭和液体火箭的区别,种种细节你都知道吗? ],搜狐,2019-10-29 </ref>通过 [[ ]] 将氧化剂和燃料分别泵入燃烧室,两种推进剂成分在燃烧室混合并燃烧。而 [[ 固体火箭 ]] 的推进剂事先混合好放入储存室,工作时储存室就是燃烧室。固液混合火箭使用固体和液体混合的推进剂或气体推进剂,也有使用高能电源将 [[ 惰性 ]][[ 反应物 ]] 料送入 [[ 热交换机 ]] 加热,这就不需要燃烧室。
火箭推进剂在燃烧并排出产生推力前通常储存在推进剂箱中。推进剂一般选用 [[ 化学 ]] 推进剂,在经历放热 [[ 化学反应 ]] 后产生高温气体用于 [[ 火箭 ]] 推进。
==推进剂效率==
要使 [[ 发动机 ]] 有效利用推进剂,需要用一定 [[ 质量 ]] 的推进剂产生最大可能 [[ 压力 ]] 作用于燃烧室和喷嘴,此外以下方法也能提高推进剂效率:
将推进剂加热到尽可能高的温度(使用高能燃料、 [[ ]] [[ ]] 或某些 [[ 金属 ]] [[ ]] ,或使用 [[ 核能 ]]
使用低 [[ 比重 ]][[ 气体 ]] (尽可能含氢)
使用 [[ 小分子 ]] 推进剂(或能分解成小分子的推进剂)
因为所有的措施都是出于减轻推进剂质量的考虑;压力与被加速的推进剂量成比例关系;也因为牛顿第三定律,作用于发动机的压力也作用于推进剂。废气出燃烧室的速度似乎是由燃烧室压决定的。然而该 [[ 速度 ]] 明显受上述三种因素影响。综合起来,排气速度就是检验发动机 [[ 效率 ]] 的最好证明。
由于 [[ 空气动力 ]] 的原因,废气在喷口产生阻流效应。 [[ 音速 ]] [[ 温度 ]] 平方根增长,因此使用高温尾气能提高发动机性能。在室温下,空气中的音速为340m/s,而在火箭的高温气体中可达1700m/s以上,火箭的大部分性能都是由于高温。加之火箭推进剂通常选用小分子,这也使得在同等温度下,废气中音速高于空气中音速。
喷嘴的膨胀设计使排气速度翻倍,通常是1.5至2倍,由此产生准高超音速排气射流。速度的增量主要由面积膨胀比决定,即喷口面积与喷嘴出口面积的比值。而气体的性质也很重要。大膨胀比的喷嘴尺寸更大,但能使 [[ 废气 ]] 释放更多的热,由此提高排气速度。
喷嘴效率受工作高度影响,因为 [[ 大气压力 ]] 随高度升高而降低。但由于尾气是超音速的,因此 [[ 射流 ]] 的压力只会低于或高于围压,不能与之平衡。
如果尾气压力与围压不同,尾气就可以成为完全膨胀,或过度膨胀。
==参考文献==
 
[[Category:330 物理學總論]]
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